JP4305957B2

JP4305957B2 - 空調機制御装置

Info

Publication number: JP4305957B2
Application number: JP2004183192A
Authority: JP
Inventors: 宏明田中
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2024-06-22
Also published as: JP2006010091A

Description

本発明は、空調対象室の温度及び湿度の測定値を入力し、空調機の冷水弁，温水弁，加湿弁の少なくともいずれかの開度を制御する温度調節手段及び湿度調節手段を有する空調機制御装置に関する。

空調機制御に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

「空気調和ハンドブック」第４版平成８年１月３０日丸善（株）発行著者：井上宇市

図５は、非特許文献１の第４０３頁に開示されている従来の空調機制御装置の一例を示す機能ブロック図である。１は空調機、２は空調対象室である。空調機１には外気管路３より外気ダンパ４を介して外気が導入され、温度及び湿度制御された空気が給気管路５より空調対象室２内に給気される。

空調対象室２内の空気は、還気管路６より還気ファン７、排気ダンパ８を介して外気に排気される。９は、外気管路３と還気管路６を結ぶ管路の途中に設けた還気ダンパであり、外気を導入する通常の運転モードでは閉に操作されているが、空調対象室２の空気を循環させる還気モードでは、外気ダンパ４及び排気ダンパ８を閉じ、この還気ダンパ９を開に操作する。

空調機１において、１１は外気の入力側に設けたフィルタ、１２は冷水が循環する冷却コイル、１３は温水が循環する加熱コイル、１４は加湿用の蒸気噴射器、１５は出力側に設けた給気ファンである。

更に空調機１において、１６はフィルタ１１の上流側と下流側の圧力差を測定する差圧センサであり、差圧測定値ＰＶｆに関連するフィルタの目詰まり状態を検出する。１７は冷水を冷却コイル１２に供給する冷水弁、１８は温水を加熱コイル１３に供給する温水弁、１９は蒸気を蒸気噴射器１４に供給する加湿弁である。

空調対象室２において、２１及び２２は給気管路５に挿入された給気温度センサ及び給気湿度センサである。これらセンサの測定値が所定の設定値となるように空調機制御装置２０による空調機１の制御が行われる。

空調機制御装置２０において、２０１は温度調節手段であり、給気温度センサ２１の測定値ＰＶｔを室内温度測定値として入力し、設定値ＳＶｔと比較して偏差を比例，積分演算する。設定値より低ければ、暖房のための温水弁出力Ｍ１が出力され、温水弁１８の開度を制御する。設定値より高ければ冷房のための冷水弁出力Ｍ２が出力される。尚、設定値近傍では所定幅の不感帯が設定されている。

２０２は湿度調節手段であり、給気湿度センサ２２の測定値ＰＶｈを室内湿度測定値として入力し、設定値ＳＶｈと比較して偏差を比例，積分演算する。設定値より高ければ、除湿用の冷水弁出力Ｍ３が出力される。設定値より低ければ、ヒステリシス特性で加湿弁出力Ｍ４が出力され、加湿弁１９の開度を制御する。同様に、設定値近傍では所定幅の不感帯が設定されている。

２０３は最大値選択手段であり、温度調節手段２０１の冷房用の冷水弁出力Ｍ２と湿度調節手段の除湿用の冷水弁出力Ｍ３を入力し、最大値Ｍｘを選択して冷水弁１７の開度を制御する。

２０４はダンパ操作手段であり、外気ダンパ４、排気ダンパ８、還気ダンパ９の開閉を操作する。２０５はフィルタ監視手段であり、差圧センサ１６の測定値ＰＶｆを入力してフィルタ１１の目詰まり状態を監視する。

２０６はファン操作手段であり、給気ファン１５及び還気ファン７の運転及び停止を操作する。定常動作では、定風量方式によりファンはフル稼働され、火災時，緊急時には停止操作される。尚、緊急停止時には、冷水弁１７，温水弁１８，加湿弁１９も全閉操作される。

従来の定風量方式の空調機制御装置では、定常の空調制御時には給気ファン１５及び還気ファン７が、冷水弁１７，温水弁１８，加湿弁１９の開度に関係なく、フル稼働しており、要求風量や要求給気温度が低い場合には、無駄な電力が消費される問題点がある。

大規模な空調システムにおいて、空調対象室が複数の室に区分され、各区分で異なる設定で空調制御を行う場合には、従来から要求風量、要求給気温度からファンの回転数をインバータで制御する、可変風量方式（VAV: Variable Air Volume）による省エネ運転を実施していたが、空調対象室が単一の小規模の空調システムではコストの面から定風量方式が一般的であった。

従って本発明が解決しようとする課題は、VAVと組み合わせて使用しない小規模な空調対象でも、冷水弁、温水弁、加湿弁の開度に応じて給気ファンの回転数を制御する省エネ機能を有する空調制御装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明の構成は次の通りである。
（１）空調対象室の温度及び湿度の測定値を入力し、空調機の冷水弁，温水弁，加湿弁の少なくともいずれかの開度を制御する温度調節手段及び湿度調節手段を有する空調機制御装置において、
前記冷水弁，温水弁，加湿弁の開度信号を入力し、そのうち大なる開度信号を選択し、その開度信号にオフセットを加算して出力する給気ファン制御手段と、
この給気ファン制御手段の出力に基づいて前記空調機の給気ファンの回転数を制御するインバータと、
を備え、
前記温度の測定値が設定値近傍では、前記インバータへの制御出力は前記オフセットで一定に保持されることを特徴とする空調機制御装置。

（２）前記給気ファン制御手段は、前記空調機に外気を導入する途中に設けた外気ダンパの開度信号を選択対象として入力することを特徴とする（１）に記載の空調機制御装置。

（３）前記給気ファン制御手段は、前記インバータを介して前記空調対象室内の空気を外気に排出する途中に設けた還気ファンの回転数を制御することを特徴とする（１）又は（２）に記載の空調機制御装置。

（４）前記温度調節手段の冷水弁開度出力と前記湿度調節手段の冷水弁開度出力の最大値に基づいて前記冷水弁の開度が制御されることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の空調機制御装置。

（５）前記給気ファン制御手段を、省エネアダプタとして外付けユニット化したことを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の空調機制御装置。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）今まで省エネ制御が実施されていなかった、小規模の外調器，空調器に対しても、ファン回転数のインバータ制御を実行して省エネ効果を高めることが可能となる。

（２）既設の空調機に対しても、弁の開度が入力できれば、容易にインバータに対する制御出力を演算することができる。つまり、後付けでの省エネ制御が可能となる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は本発明を適用した空調機制御装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。図５で説明した従来装置と同一要素には同一符号を付し、説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。

図１において、空調機制御装置２０内のブロック３００は、新設された給気ファン制御手段である。４００はインバータであり、給気ファン制御手段３００のインバータ制御出力Ｍｚを入力し給気ファン１５、必要に応じて還気ファン７の回転数を制御する。

給気ファン制御手段３００は、温水弁出力Ｍ１、冷水弁出力Ｍ２と除湿冷水弁出力Ｍ３の最大値選択出力Ｍｘ、加湿弁出力Ｍ４を入力し、その最大値を演算し、その最大値に所定のオフセット値を加算したインバータ制御出力Ｍｚを生成する。

図２は、給気ファン制御手段３００の温度の関する動作を説明する特性図である。温度に対する設定値近傍では、加算されたオフセット値でインバータへの制御出力は最低の一定値を保持し、ファンは停止せずに所定の最低回転数が維持される。

温度が設定値の不感帯を超えて上昇すれば冷却弁出力Ｍｘ＋（オフセット）がインバータ制御出力Ｍｚとなり、温度が所定値以上ではこの値が１００％で最大となる。逆に温度が設定値の不感帯を超えて下降すれば温水弁出力Ｍ１＋（オフセット）がインバータ制御出力Ｍｚとなり、温度が所定値以下ではこの値が１００％で最大となる。

図３は、給気ファン制御手段３００の構成例を示す機能ブロック図である。３０１は、最大値選択手段であり、冷水弁出力Ｍｘ、温水弁出力Ｍ１、加湿弁出力Ｍ４に加えて外気ダンパ４の開度信号Ｍ５を入力し、４者の最大値を選択する。

３０２は加算手段であり、最大値選択手段３０１による４者の最大値選択出力にオフセット値保持手段３０３のオフセット値を加算してインバータ制御出力Ｍｚを生成する。

図４は、本発明の他の実施形態を示す機能ブロック図である。図１で説明した実施形態と相違する特徴は、給気ファン制御手段３００の機能を空調機制御装置２０から分離し、省エネアダプタ５００に収納した構成にある。

温水弁出力Ｍ１、冷水弁出力Ｍ２と除湿冷水弁出力Ｍ３の最大値選択出力Ｍｘ、加湿弁出力Ｍ４は、空調制御装置２０に設けたインターフェース２０７を介してケーブル又は無線等の手段で省エネアダプタ５００に伝送される。

このように、給気ファン制御手段３００の機能を省エネアダプタ化することで、空調制御装置２０の構成を従来の定風量方式のままとし、ユーザの要求に応じて省エネアダプタを接続することが可能となり、本体の設計変更によるコストアップを避けることができる。

本発明を適用した空調機制御装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。給気ファン制御手段の、温度に対する動作を説明する特性図である。給気ファン制御手段の構成例を示す機能ブロック図である。本発明の他の実施形態を示す機能ブロック図である。非特許文献１に開示されている従来の空調機制御装置の一例を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１空調機
１１フィルタ
１２冷却コイル
１３加熱コイル
１４蒸気噴射器
１５給気ファン
１６差圧センサ
１７冷水弁
１８温水弁
１９加湿弁
２空調対象室
２１給気温度センサ
２２給気湿度センサ
３外気管路
４外気ダンパ
５給気管路
６還気管路
７還気ファン
８排気ダンパ
９還気ダンパ
２０空調機制御装置
２０１温度調節手段
２０２湿度調節手段
２０３最大値選択手段
２０４ダンパ操作手段
２０５フィルタ監視手段
２０６ファン操作手段
３００給気ファン制御手段
４００インバータ

Claims

空調対象室の温度及び湿度の測定値を入力し、空調機の冷水弁，温水弁，加湿弁の少なくともいずれかの開度を制御する温度調節手段及び湿度調節手段を有する空調機制御装置において、
前記冷水弁，温水弁，加湿弁の開度信号を入力し、そのうち大なる開度信号を選択し、その開度信号にオフセットを加算して出力する給気ファン制御手段と、
この給気ファン制御手段の出力に基づいて前記空調機の給気ファンの回転数を制御するインバータと、
を備え、
前記温度の測定値が設定値近傍では、前記インバータへの制御出力は前記オフセットで一定に保持されることを特徴とする空調機制御装置。
前記給気ファン制御手段は、前記空調機に外気を導入する途中に設けた外気ダンパの開度信号を選択対象として入力することを特徴とする請求項１に記載の空調機制御装置。
前記給気ファン制御手段は、前記インバータを介して前記空調対象室内の空気を外気に排出する途中に設けた還気ファンの回転数を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の空調機制御装置。
前記温度調節手段の冷水弁開度出力と前記湿度調節手段の冷水弁開度出力の最大値に基づいて前記冷水弁の開度が制御されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空調機制御装置。
前記給気ファン制御手段を、省エネアダプタとして外付けユニット化したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の空調機制御装置。